减小复合材料U型制件变形的方法技术

本公开涉及一种减小复合材料U型制件变形的方法，该方法包括以下步骤：a、按照对目标制件的铺层设计制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K1；b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K2；c、计算修正后的缎纹织物层数Q；d、按照缎纹织物正交铺层数为Q、连续纤维正交铺层数为N‑Q，制作修正后的U型制件。该方法不需要通过长时间繁杂困难的计算得出模具型面，无需进行额外的有限元计算后重新开模，同时也不需要对模具进行反复修模。

Method for reducing deformation of composite U type parts

The invention relates to a method for reducing deformation of U composites, the method comprises the following steps: A, according to the target parts of the design layer made of continuous fiber samples, U measurement of the continuous fiber samples the opening size of K1; B, the orthogonal design of the shop layer layer to replace all for satin fabric made of satin fabric samples, U measuring the satin fabric sample opening size of K2; C, calculated by the modified satin fabric layers Q; D, in accordance with the satin fabric of orthotropic Q layers, N layers of orthotropic continuous fiber Q, making U type fixed parts after. The method does not require the calculation of the die surface for a long time, and it needs no additional finite element calculation to re open the mold. At the same time, there is no need to do the die repair again and again.

【技术实现步骤摘要】
减小复合材料U型制件变形的方法
本公开涉及复合材料加工领域，具体地，涉及一种减小复合材料U型制件变形的方法。
技术介绍
连续纤维增强复合材料以比强度高、比模量大、耐腐蚀、疲劳性好、设计自由度强等特点已在航空航天领域广泛应用，正在逐步引入汽车、工业等领域，逐步替代部分结构的金属材料。目前复合材料的应用水平已逐步成为评价飞机、汽车先进性的一个重要指标。但是复合材料制件在经历高温固化成型及冷却过程，基体树脂的化学反应收缩效应，以及复合材料与成型常用的金属对模模具材料的热膨胀系数存在显著的差异，由于材料的热胀冷缩效应，制件在室温下的自由状态与预期的理想形状之间会产生一定程度的不一致，即通常所说的制件固化变形。其变形程度在U型等非闭合截面结构尤为明显，严重影响制件的精度、装配工作。目前主要存在两种改善变形的方法。第一种是针对单面工装成型工艺，利用有限元方法计算得出复合材料制件固化变形后的型面，然后通过型面的节点位移量补偿工装型面，减小复合材料制件的变形量，使其尺寸精度满足制件的公差要求。这种方法需要详实明确的固化工艺制度，制件的详细几何参数、材料参数、工装支撑结构与工装所用材料参数，所要要的数据量极其庞大，并且当前复合材料的有限元理论还不完善，难以建立足够详尽仿真分析数模，其计算结果往往偏差较大，误差一般难以控制在理想范围内。另外，若更改铺层或变更增强纤维，则需要完全重新计算，进行多轮迭代，然后根据计算得出的补偿结果重新加工模具。第二种是根据模具加工修型人员的制作经验，进行打磨或补焊、堆积修补剂等工作来调整、修改工装，然后进行试模制作，对样件进行检验测试，根据改善情况再修改工装，直到之间变形量减小到符合制件的尺寸公差要求为止。该方法基本完全依据加工人员的经验，不能定量精确的把握修模程度，而且型面精度严重下降，一般需要反复多轮进行试错修模，研制成本非常高，周期也长。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种减小复合材料U型制件变形的方法，该方法不需要通过长时间繁杂困难的计算得出模具型面，无需进行额外的有限元计算后重新开模，同时也不需要对模具进行反复修模。为了实现上述目的，本公开提供一种减小复合材料U型制件变形的方法，所述复合材料U型制件为将具有正交铺层结构的纤维预制体进行成型后得到的具有U型结构的制件，该方法包括以下步骤：a、按照对目标制件的铺层设计，将连续纤维进行铺层后制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K1；b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K2；c、按照式(I)计算修正后的缎纹织物层数Q：其中，N为所述缎纹织物样件中的缎纹织物的铺设层数，K0为目标制件的U型开口要求尺寸；d、按照正交铺层中的缎纹织物层数为Q、连续纤维层数为N-Q，制作修正后的U型制件，所述修正后的U型制件的U型开口尺寸满足公差要求。可选地，步骤b中，制作缎纹织物样件时，将所述缎纹织物的纤维弯折少的一面面向U型结构内部进行铺设。可选地，步骤d中，制作修正后的U型样件时，所述Q层缎纹织物正交铺层位于N-Q层连续纤维正交铺层的外侧。可选地，该方法还包括：重复进行2次步骤a-b，测量得到K1和K1，以及K2和K2，，分别取K1和K1，、K2和K2，的平均值，记为和然后按照式(II)计算修正后的缎纹织物层数Q，：然后按照缎纹织物正交铺层数为Q，、连续纤维正交铺层数为N-Q，，制作修正后的U型制件。可选地，该方法还包括：重复进行n次步骤a-b，测量得到K11至K1n以及K21至K2n，分别取K11至K1n及K21至K2n的平均值，记为和然后按照式(III)计算修正后的缎纹织物层数Q，，：然后按照缎纹织物正交铺层数为Q，，、连续纤维正交铺层数为N-Q，，制作修正后的U型制件。可选地，所述缎纹织物包括8/3缎纹织物、8/5缎纹织物、13/4缎纹织物、13/5缎纹织物和13/7缎纹织物中的至少一种。可选地，所述连续纤维为选自连续碳纤维、连续玻璃纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维中的至少一种。通过上述技术方案，本公开利用具有特殊经纬面特征的缎纹织物替换原始U型制件中正交铺层的连续纤维，通过两轮试制工作，减小制件变形。本公开提供的方法不需要海量试验测试原材料工艺性能进行数据积累，或花费大量资金购买数据库；不需要高价委托设计仿真公司进行多轮迭代反复计算；不需要经验丰富模具加工师傅进行反复修模工作。采用本公开的方法，能够保证U型制件的型面精度，且在U型制件结构不变，仅进行材料替换时无需重新计算或再次修模。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开中实施例1和实施例2所制作的U型制件的示意图。具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指结构轮廓的内和外。本公开提供一种减小复合材料U型制件变形的方法，所述复合材料U型制件为将具有正交铺层结构的纤维预制体进行成型后得到的具有U型结构的制件，该方法包括以下步骤：a、按照对目标制件的铺层设计，将连续纤维进行铺层后制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K1；b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K2；c、按照式(I)计算修正后的缎纹织物层数Q：其中，N为所述缎纹织物样件中的缎纹织物的铺设层数，K0为目标制件的U型开口要求尺寸；d、按照缎纹织物正交铺层数为Q、连续纤维正交铺层数为N-Q，制作修正后的U型制件，所述修正后的U型制件的U型开口尺寸满足公差要求。参考图1，本公开中的所述复合材料U型制件是将纤维按照一定的铺层设计进行铺层，得到具有正交铺层结构的纤维预制体，再将所述纤维预制体按照常规成型方法成型所得到的具有U型结构的制件，所述纤维可以是直接商购的树脂预浸料(将干纤维提前浸润树脂得到的)，或者，当采用干纤维制作纤维预制体时，上述步骤还包括采用树脂料对所述纤维预制体进行浸润的过程，该工艺为本领域技术人员所熟知，且并非本公开的改进点所在，因此本公开不再赘述。本公开提供的方法中，步骤a、步骤b和步骤d中的制作样件或制件的工艺均为上述常规成型工艺。本公开中所述的铺层设计中含有正交铺层的铺设方式，具体地说，是将纤维进行铺层时，至少使一对相邻的两层纤维形成正交铺层，所述正交铺层是指相邻两层纤维的铺设角度为0°/90°或90°/0°，也即，所述正交铺层是指一对铺设角度为0°/90°或90°/0°的两层纤维形成的铺层结构。根据本公开，所述的连续纤维可以是本领域的常规种类，本公开不做特殊的限制，例如，所述连续纤维可以为选自连续碳纤维、连续玻璃纤维、连续芳纶纤维和连续玄武岩纤维中的至少一种，上述连续纤维均可商购得到，例如，当所述连续纤维为连续碳纤维是，所述连续碳纤维可以是商品号为T300-3K、T300-12K、T700-3K和T700-12K等的连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减小复合材料U型制件变形的方法，所述复合材料U型制件为将具有正交铺层结构的纤维预制体进行成型后得到的具有U型结构的制件，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、按照对目标制件的铺层设计，将连续纤维进行铺层后制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K1；b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K2；c、按照式(I)计算修正后的缎纹织物层数Q：

【技术特征摘要】
1.一种减小复合材料U型制件变形的方法，所述复合材料U型制件为将具有正交铺层结构的纤维预制体进行成型后得到的具有U型结构的制件，其特征在于，该方法包括以下步骤：a、按照对目标制件的铺层设计，将连续纤维进行铺层后制作连续纤维样件，测量所述连续纤维样件的U型开口尺寸K1；b、将所述铺层设计中的正交铺层全部替换为缎纹织物后制作缎纹织物样件，测量所述缎纹织物样件的U型开口尺寸K2；c、按照式(I)计算修正后的缎纹织物层数Q：其中，N为所述缎纹织物样件中的缎纹织物的铺设层数，K0为目标制件的U型开口要求尺寸；d、按照缎纹织物正交铺层数为Q、连续纤维正交铺层数为N-Q，制作修正后的U型制件，所述修正后的U型制件的U型开口尺寸满足公差要求。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b中，制作缎纹织物样件时，将所述缎纹织物的纤维弯折少的一面面向U型结构内部进行铺设。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d中，制作修正后的U型样件时，所述Q层缎纹织物正交铺层位于N-Q层连续纤维正交铺...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永杰，栗娜，马治国，
申请(专利权)人：北京汽车集团有限公司，北京汽车研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11